Tải bản đầy đủ
Bảo vệ quá điện áp cho máy phát điện xoay chiều đồng bộ

Bảo vệ quá điện áp cho máy phát điện xoay chiều đồng bộ

Tải bản đầy đủ

41

- Lắp đặt được hệ thống bảo vệ quá điện áp cho máy phát điện xoay chiều
đồng bộ
- Kiểm tra/xác định được hư hỏng/ thay thế các linh kiện mạch điện bảo vệ.
3.2.

Tóm tắt lý thuyết

Hiện tượng quá điện áp của máy phát điện là hiện tượng điện áp đầu cực
máy phát điện có thể tăng cao quá mức cho phép khi có trục trặc trong hệ thống tự
động điều chỉnh kích từ hoặc khi máy phát điện bị mất tải đột ngột.
Khi bị mất tải đột ngột mức quá điện áp ở các máy phát thủy điện có thể đạt
tới 200% giá trị định mức, do hệ thống tự động điều chỉnh tốc độ quay của tuabin
nước có quán tính lớn, khả năng vượt tốc của rotor máy phát cao hơn nhiều so với
máy phát điện tuabin hơi. Ở các máy phát nhiệt điện ( tuabin hơi hoặc tuabin khí)
các bộ điều tốc làm việc ở tốc độ cao, có quán tính bé hơn nên có thể khống chế
mức vượt tốc độ thấp hơn, ngoài ra các tuabin khí và hơi còn được trang bị các van
STOP có thể đóng nguồn năng lượng đưa vào tua bin trong vài mili giây khi mức
vượt tốc cao hơn mức chỉnh định.
Ngoài ra, các máy phát thủy điện còn nằm xa trung tâm phụ tải và bình
thường phải làm việc với các mức điện áp ở đầu cực cao hơn điện áp định mức để
bù lại điện áp sụt trên đường dây truyền tải, khi mất tải đột ngột mức quá áp lại
càng cao.
Quá áp ở máy phát điện có thể gây ra tác hại cho cách điện cuộn dây của các
thiết bị đấu nối ở đầu cực máy phát, còn đối với máy phát điện làm việc hợp bộ với
máy biến áp sẽ làm bão hòa từ của máy biến áp tăng, kéo theo nhiều tác dụng xấu.
Quá điện áp kéo dài có thể gây hư hỏng khi điện áp phát ra tăng cao hơn điện áp
định mức một lượng đủ lớn. Bảo vệ chống lại hiện tượng quá điện áp kéo dài có
thể đạt được bởi việc dò tìm sự quá áp trong giai đoạn đầu của quá trình gia tăng
điện áp và nhanh chóng điều chỉnh lại.
Hình 2-8 miêu tả sơ đồ đơn giản của hệ thống bảo vệ máy phát chống lại
hiện tượng quá điện áp. Hệ thống bảo vệ quá áp bao gồm một rơ le quá điện áp ba
pha được nối tới máy phát thông qua các máy máy biến áp đo lường.
Khi điện áp phát ra vượt quá giá trị định trước, rơ le quá áp sẽ tác động ngắt.
Điều này làm cho dòng điện kích từ của máy phát giảm. Do đó điện áp phát ra
không còn tăng nữa, thậm chí có thể giảm thấp hơn giá trị định mức.

42

Hình 2-8. Bảo vệ máy phát điện đồng bộ chống lại sự quá áp
‫ ٭‬Tóm tắt bài thí nghiệm
Trong phần đầu của bài thực hành, lắp đặt các thiết bị lên EMS Workstation
và Protective Relaying Control station.
Phần thứ hai, nối kết các thiết bị như (hình 2-9 và 2-10). Trong mạch này,
máy phát đồng bộ được bảo vệ chống quá áp, cung cấp công suất tác dụng tới một
nguồn điện ba pha. Hệ thống bảo vệ quá áp bao gồm một rơ le quá điện áp ba pha
được nối với máy phát thông qua các máy biến điện áp. Khi xảy ra hiện tượng tăng
điện áp với một lượng đủ lớn, rơ le quá điện áp sẽ tác động. Điều này sẽ tạo ra
dòng điện chạy trong cuộn rơ le điều khiển CR1. Công tắc CR1-C đóng lại để ghi
nhận sự cố và làm nút khởi động tương ứng sáng lên. Công tắc CR1-B mở để công
tắc tơ CR2 hở mạch, khi đó điện trở R1 được mắc nối tiếp với cuộn dây quấn kích
từ để giảm dòng kích từ, dẫn tới điện áp phát ra giảm.
Mở công tắc tơ CR3 ngăn chặn sự hoạt động của hệ thống bảo vệ quá điện
áp. Khi máy phát điện xoay chiều đồng bộ cung cấp công suất tới nguồn ba pha, ta
mở công tắc tơ CR1 và quan sát hiện tượng xảy ra khi tải đột ngột đứt kết nối khỏi
máy phát. Đóng công tắc tơ CR3 để cho hệ thống bảo vệ quá áp hoạt động. Khi
máy phát điện xoay chiều đồng bộ cung cấp công suất tới nguồn điện ba pha, ta mở
công tắc CR1 và quan sát sự hoạt động của hệ thống bảo vệ chống quá áp.

43

3.3. Thiết bị thí nghiệm
Interconnection Module, Power Supply, Universal Fault Module,
Synchronous Motor/ Generator, Primer Mover/ Dynatometer, Faultable
Transformers, Transmission Grid (A), Potential Transformers, Resistor Loads,
Power Diodes, Synchronizing Module, AC Ammeter, AC Volmeter, DC Volmetter/
Ammeter, EMS Workstation, Protective Relaying Control Station, dây đai, dây cáp.
3.4.Trình tự thí nghiệm
1. Nối nguồn của Protective Relaying Control station với nguồn điện ba pha
và DC Power Supply của Protective Relaying Control Station đang tắt.
Đưa các công tắc sự cố trên AC/DC Current Sensitive Relay về vị trí 0 (off)
sau đó nắp đặt nó lên Protective Relaying Control Station.
2. Lắp đặt Interconnection Module, Power Supply, Universal Fault Module,
Synchronous Motor/ Generator, Primer Mover/ Dynatometer, Faultable
Transformers, Transmission Grid (A), Potential Transformers, Resistor Loads,
Power Diodes, Synchronizing Module, AC Ammeter, AC Volmeter, DC
Volmetter/ Ammeter lên trên EMS Workstation.
Dùng dây đai để liên kết cơ khí giữa Synchronous, Motor/ Generator và
Primer Mover/ Dynatometer.
Kiểm tra nguồn cung cấp phải đang tắt và núm chỉnh điện áp chỉnh về vị trí
0.
3. Kết nối ngõ vào LOW POWER INPUT của Primer Mover/ Dynatometter
tới ngõ ra 24V của Power Supply.
Trên Power Supply bật nguồn 24V AC.
Bảo vệ quá điện áp cho máy phát điện xoay chiều đồng bộ
4. Kết nối Interconnection Module đã được nắp đặt trên EMS Workstation
tới Interconection Panel của Protective Relaying Control Station bằng các dây cáp.
Kết nối các thiết bị như hình 2.9 và 2.10

44

Hình 2-9. Sơ đồ kết nối thiết bị trên EMS Workstation

45

Hình 2-10. Sơ đồ kết nối thiết bị trên Protective Relaying Control Station
5. Đặt sẵn các thiết bị như sau:
Trên Synchronous Motor/ Generator
Công tắc EXCITER………………………..……….1 (close)
Nút vặn EXCITER…………..……..……….vị trí giữa (mid)
Trên Primer Mover/ Dynatometer
Công tắc MODE……………………………. Primer Mover
Công tắc DISPLAY…………………………………SPEED
Trên Transmission Grid (A)
Công tắc S1 ……………………………….……….1 (close)
Công tắc S2………………………………..……….O (open)
Trên Synchronizing Module
Công tắc S1 …………..……………………...…….O (open)
6. Bật nguồn DC Power Supply của Protective Relaying Control Station.
Trên Transmission Grid (A), chỉnh công tắc S3 sang vị trí O (open) để mở
công tắc tơ CR3. Nó sẽ ngăn chặn sự hoạt động của hệ thống bảo vệ quá áp và cho
phép quan sát hiện tượng xảy ra khi máy phát điện bị mất tải đột ngột.

46

7. Bật nguồn Power Supply và điều chỉnh núm điều chỉnh điện áp để động cơ
sơ cấp quay ở tốc độ nhỏ hơn 50 vòng/phút so với tốc độ định mức của máy phát
điện xoay chiều đồng bộ.
Chỉnh núm điều chỉnh EXCITER của Synchronous Motor/ Generator để điện
áp pha của máy phát đồng bộ ( được chỉ thi bởi E1) gần bằng giá trị định mức.
Bóng đèn trên Synchronizing Module chớp tắt đồng bộ cho biết máy phát
mắc đúng thứ tự pha với nguồn ba pha. Nếu không tắt nguồn và đổi đầu hai cực 4
và 5 của Synchronizing Module, sau đó mở nguồn trở lại.
8. Trên Power Supply, điều chỉnh nhẹ núm điều chỉnh điện áp sao cho bóng
đèn trên Synchronizing Module chớp tắt đồng bộ đến khi sự chớp tắt diễn ra rất
chậm. Điều này cho thấy tần số của máy phát đồng bộ gần bằng với nguồn.
Trên Synchronizing Module, bật công tắc S1 tại vị trí 1 (close) để nối máy
phát với nguồn ba pha. Máy phát bây giờ được hòa đồng bộ với nguồn ba pha.
9. Trên Power Supply, điều chỉnh nhẹ núm điều chỉnh điện áp theo chiều kim
đồng hồ đến khi dòng điện I1 xấp xỉ gần bằng giá trị đầy tải của máy phát. Công
suất tác dụng hiển thị bởi Three-Phase Wattmeter/Varmeter phải là giá trị dương,
có nghĩa là máy phát cung cấp công suất cho nguồn ba pha.
Trên Synchronous Motor/ Generator, chỉnh núm EXCITER sao cho công
suất phản kháng hiển thị bởi Three-Phase Wattmeter/Varmeter bằng 0.
Chỉnh nhẹ núm điều chỉnh điện áp của Power Supply và núm điều chỉnh
EXCITER của Synchronous Motor/ Generator cho tới khi dòng điện trên dây pha
gần bằng với dòng đầy tải định mức của máy phát điện đồng bộ và công suất phản
kháng bằng 0.
10. Ghi lại các giá trị: điện áp pha ( được chỉ thị bởi E1), dòng điện kích từ
máy phát và tốc độ quay của máy phát ở điều kiện vận hành bình thường:
Điện áp pha:…………….……………………V
Dòng điện kích từ ……………………………A
Tốc độ quay của máy phát:……….…vòng/phút
11. Trên Three-Phase Under/Over Voltage Relay, điều chỉnh giá trị đặt quá
áp 110% giá trị điện áp pha được ghi ở bước trên.
Trên Three-Phase Under/Over Voltage Relay, điều chỉnh sai số quá áp ( giá
trị điện áp sai lệch) tới mức nhỏ nhất (~1%).
12. Trên Transmission Grid (A), đặt công tắc S1 ở vị trí O để làm hở mạch
công tắc tơ CR1, do đó làm đứt kết nối tải (nguồn ba pha) với máy phát. Cùng lúc
đó quan sát tín hiệu tác động quá áp (LED đỏ) trên Three-Phase Under/Over
Voltage Relay.

47

Ghi lại các giá trị: điện áp pha dòng điện kích từ máy phát và tốc độ quay
của máy phát khi mất tải:
Điện áp pha:…………….……………………V
Dòng điện kích từ ……………………………A
Tốc độ quay của máy phát:……….…vòng/phút
Vặn núm điều chỉnh điện áp tới 0 sau đó tắt nguồn Power Supply.
Miêu tả hiện tượng xảy ra khi tải đột ngột bị ngắt ra khỏi máy phát:
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Rơ le quá áp có tác động hay không?
13. Trên Transmission Grid (A), đặt công tắc S1 ở vị trí 1 (close) để đóng
công tắc tơ CR1.
Trên Synchronous Motor/ Generator chỉnh núm EXCITER ở vị trí mid.
Trên Synchronizing Module đặt S1 tại vị trí O (open).
Lập lại từ bước 7 – 9 để khởi động và hòa đồng bộ máy phát.
14. Trên Transmission Grid (A), chỉnh công tắc S3 sang vị trí 1 (close) để
đóng công tắc tơ CR3. Điều này cho phép hệ thống bảo vệ hoạt động.
Trên Transmission Grid (A), đặt công tắc S1 ở vị trí O để làm hở mạch công
tắc tơ CR1, do đó làm đứt kết nối tải (nguồn ba pha) với máy phát. Cùng lúc đó
quan sát điện áp pha được chỉ thị bởi Volt kế E1. Ghi lại giá trị điện áp cực đại hiển
thị trên E1:
Điện áp cực đại:…………….V
Ghi lại các giá trị: điện áp pha dòng điện kích từ máy phát và tốc độ quay của máy
phát khi hệ thống bảo vệ hoạt động:
Điện áp pha:…………….……………………V
Dòng điện kích từ ……………………………A
Tốc độ quay của máy phát:……….…vòng/phút
Chỉnh núm điều khiển điện áp về 0 và tắt nguồn.
Miêu tả hiện tượng xảy ra:
Hệ thống bảo vệ có loại bỏ được sự cố quá điện áp trong thời gian ngắn hay
không?
15. Trên Power Supply, tắt nguồn 24V AC.
Tắt nguồn DC Power Supply của Protective Relaying Control Station.
Tháo rời tất cả các dây nối và cáp.

48

3.5. Kết luận
Bài thí nghiệm cho chúng ta biết được dù máy phát đồng bộ được trang bị bộ
phận ổn định điện áp, hiện tượng quá điện áp quá độ vẫn có thể xảy ra trong một số
trường hợp cụ thể. Hệ thống bảo vệ chống lại hiện tượng quá điện áp có thể phát
hiện sớm được quá áp trong thời điểm đầu của quá trình gia tăng điện áp và nhanh
chóng điều chỉnh lại. Ta cũng thấy rằng rơ le quá điện áp ba pha ( được nối với
máy phát qua các máy biến điện áp) có thể sử dụng để phát hiện hiện tượng quá
điện áp và làm giảm dòng kích từ của máy phát ngăn không cho điện áp máy phát
tăng hơn nữa.

CÂU HỎI ÔN TẬP
1.Trình bầy nội dung thí nghiệm bảo vệ sự cố chạm đất rotor của máy phát điện
xoay chiều đồng bộ?
2.Trình bầy nội dung thí nghiệm bảo vệ chống mất kích từ cho máy phát điện xoay
chiều đồng bộ?
3.Trình bầy nội thí nghiệm bảo vệ quá điện áp cho máy phát điện xoay chiều đồng
bộ ?

49

BÀI 3: BẢO VỆ QUÁ TỐC ĐỘ, QUÁ DÒNG CHO MÁY PHÁT XOAY
CHIỀU ĐỒNG BỘ - HÒA ĐỒNG BỘ MÁY PHÁT ĐIỆN
Mã bài:19-03
Giới thiệu:
Hiện tượng quá tốc độ có thể dẫn đến hư hỏng về cơ, về điện khi quá tốc làm
cho điện áp do máy phát tăng cao, kết quả là bị quá áp. Bảo vệ chống quá tốc độ,
quá dòng cho máy phát xoay chiều đồng bộ- hòa đồng bộ máy phát điện là rất cần
thiết.
Vì vậy bài học này cung cấp cho học viên kiến thức và kỹ năng về bảo vệ
chống quá tốc độ, quá dòng cho máy phát xoay chiều đồng bộ- hòa đồng bộ máy
phát điện .
Mục tiêu:
- Trình bày được các biện pháp bảo vệ khác nhau dùng để bảo vệ cho máy
phát điện xoay chiều đồng bộ.
- Trình bày được cách hòa đồng bộ máy phát điện vào hệ thống.
- Lắp đặt được hệ thống bảo vệ quá tốc độ và quá dòng cho máy phát điện
xoay chiều đồng bộ.
- Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, nghiêm túc trong công việc và đảm bảo an
toàn cho người và thiết bị.
1. Bảo vệ quá tốc độ cho máy phát điện xoay chiều đồng bộ
Mục tiêu:
- Lắp đặt được hệ thống bảo vệ quá tốc độ cho máy phát điện xoay chiều
đồng bộ
- Kiểm tra/xác định được hư hỏng/ thay thế các linh kiện mạch điện bảo vệ.
1.1. Mục đích thí nghiệm
Bài thí nghiệm giúp học viên làm quen với hệ thống bảo vệ quá tốc độ cho
máy phát điện xoay chiều đồng bộ.
1.2.Tóm tắt lý thuyết
Tốc độ quay của máy phát đồng bộ được điều chỉnh bởi máy điều tốc để tần
số phát ra bằng với giá trị định mức. Máy điều tốc điều chỉnh lượng công suất cơ
cho động cơ sơ cấp nhằm ngăn dòng tải thay đổi để tần số luôn ổn định. Trong
trường hợp hoạt động bình thường, tốc độ và tần số phải xấp xỉ giá trị định mức.

50

Tuy nhiên, hiện tượng quá tốc có thể xuất hiện khi máy phát mất tải. Hiện tượng
này phụ thuộc vào quán tính của hệ thống, giá trị của tải và khả năng điều chỉnh
của máy điều tốc.
Hiện tượng quá tốc độ có thể dẫn đến hư hỏng về cơ. Hơn nữa, có thể gây hư
hỏng về điện khi quá tốc làm cho điện áp do máy phát tăng cao, kết quả là bị quá
áp. Bảo vệ chống quá tốc độ có thể dùng rơ le quá tần số như (hình 3-1)

Hình 3-1. Bảo vệ quá tốc cho máy phát dùng rơ le quá tần số
Rơ le quá tần số dùng để kiểm tra tần số của điện áp máy phát. Nó nối với
hai đầu cực của máy phát qua một máy biến điện áp. Khi tần số vượt quá giá trị
định trước, rơ le quá tần số tác động. Công suất của động cơ sơ cấp bắt đầu bị cắt
và làm giảm quá tốc độ.
‫ ٭‬Tóm tắt lý thuyết
Trong phần đầu của bài thực hành, lắp đặt các thiết bị lên EMS Workstation
và Protective Relaying Control station.
Phần thứ hai, nối kết các thiết bị như (hình 3-2. và hình 3-3). Trong mạch
điện này, máy phát đồng bộ được bảo vệ chống quá tốc cung cấp công suất tác
dụng cho bộ nguồn ba pha. Hệ thống bảo vệ quá tốc bao gồm một rơ le quá tần số
được nối với máy phát qua một máy biến điện áp. Khi tần số điện áp phát ra vượt
quá giá trị định trước, rơ le quá tần số sẽ tác động. Bắt đầu có dòng điện trong rơ le
điều khiển CR1. Công tắc tơ CR1-C đóng để ghi nhận hư hỏng và nút RESET sáng